地球科學科

由於雲林地區超抽地下水引發地層下陷，導致高鐵橋墩與橋墩之間的差異沉陷日趨惡化。我們發現用Quake Catcher Network Live[1]軟體，可以將筆記型電腦中的加速度感測器所測量到的加速度值記錄下來。我們以直接搭乘高鐵的方式，利用商用筆記型電腦，記錄列車行進中的加速度值，並藉由加速度、速度、距離、時間之間的關係與定義，得到台灣高鐵橋墩差異沉陷的沉陷值，接著再以雲林縣已知的沉陷地區來驗證方法的可行性。結果發現，運用加速度感測器，來測量高鐵橋墩之間的差異沉陷是可行的。此外我們也將此方法應用於高鐵全程沿線的差異沉陷測量。總結研究結果，這個方法有利於迅速地測量高鐵橋墩的差異沉陷，不僅可以減少人力與資源，並可即時預警、減少政府的開支。相對於費時費工的傳統監測方法，新測量方法不只能夠測量橋墩的差異沉陷，同時也能反映出乘車者的感受。

在五年級下學期的自然科第六單元中有提到〝台灣的天氣〞，剛好去年暑假時，有幾個颱風侵襲臺灣，瑜芬發現在颱風來時，彰化地區大部分都先吹偏北風，颱風經過後卻吹偏南風。因此我們從颱風的形成原因和一些日常生活中會遇到的旋轉現象去探討。我們發現：一、颱風屬於熱帶暖溼氣流（低氣壓），在低氣壓形成實驗、低氣壓流動方式實驗、低氣壓上升的流動方式實驗等三個實驗中發現暖氣流皆是上升氣流，其中水蒸氣、熱水、煙都是向上旋轉上升，方向都是逆時針方向，與颱風的旋轉方式相同。可見是受同一種力的影響，這就是科氏力。二、低氣壓形成實驗的紙蛇實驗、水流漩渦旋轉方向實驗與磁針旋轉方向實驗中紙蛇、磁針與水流漩渦都有順時針與逆時針兩種方向，與颱風固定逆時針方向的旋轉方式不同，故颱風與紙蛇、地磁和水流漩渦的影響力是不同的原理。三、風遇到阻礙物後風向變混亂，但風力變小。當颱風由太平洋往大陸移動時，會受到中央山脈的阻饒，因此會減小風力及干擾風向，因此台灣西部地區受颱風影響較小。四、對照去年的幾個颱風的衛星雲圖與同學紀錄的風向變化，由實際雲層變化和風向的變化對照，發現颱風都是逆時針轉的。因此颱風來時大都先吹偏北風；颱風離開時，大都會吹南風。五、利用颱風逆時針轉的原理製作颱風模擬器，以此模擬器作侵台之模擬，更可發現颱風來時吹北風的情形。經由以上幾個有關颱風的實驗和模擬，我們更了解颱風逆時針轉的現象以及颱風來時大部分都吹北風的原因了。

根據研究結果，溫室效應使全球暖化，海洋溫度溫差變大，對流速度加快；暖流由赤道向北流，鹽度增加，流速會變慢；冷流由北極向南流，因為鹽度增加，海水密度増大，冷流無法下沉，造成流速變慢。溫度越低，鹽度會增加，密度就會變大，所以洋流會往下沉，越往下鹽度越高，當冷水跟周圍達平衡時，就不再繼續往下沉，反而會沿水平方向移動。電影「明天過後」所描述的氣候現象是指北極冰棚融化後，由於北大西洋海水鹽度降低造成全球「大溫鹽循環」（thermohaline circulation）停止，海洋從低緯到高緯的熱傳輸能力降低，使地球進入冰期狀態，美洲北部全面冰封的情景。這樣的電影場景不可能在短時間內發生。

一、消波塊與實驗簡介本次實驗主題是防波堤的設計。在這次實驗中，我們實驗重點放在消波塊上，實驗的消波塊有四種造型：1.協克塊 2.安卡塊 3.天允塊 4.多十字塊(自創)；實驗採離岸堤形式，並固定振幅在 1cm，週期則在 1 秒或 0.5 秒，且不考慮沈箱和消波塊之間排列方式。消波塊又稱防護塊，在第二次大戰的北非戰線上，法軍為了阻擋德軍坦克的行動，於是丟了菱形塊在戰場上；在戰爭完後，清理戰場將這些塊拋在防波堤周圍，以替代護堤方塊。原本是要廢物利用，不料其消波效果甚佳，隨即由水工試驗所研究證明這些東西的確有消波作用，因其安定性良好，於是取得世界專利；此為各種消波塊的前身，在此之後相繼有各種形式的消波塊推出。消波塊最主要的目的是要防止海岸線被大海給侵蝕，台灣地區海岸線每年被大海侵蝕長達 2~3 公尺，政府為了保護人民的安全，每年在消波塊的花費上非常可觀。不過消波塊也有其他用途，有時候到南濱海岸附近，看到一排排的消波塊矗立在那裡，原來這些消波塊是要防止中共的登陸；又有一次到沒有海岸的田園附近時，也發現一些消波塊，赫然發現這些消波塊居然是要防止小偷的偷竊行為。消波塊其他的妙用還有很多，例如：增加海埔新生地、天然釣魚座椅……等。基於好奇心的驅使，我們著手進行消波塊的實驗。我們模擬海岸的情形，觀察消波塊的造型、消波塊的排數、消波塊的排列方式、消波塊的高度、以及波的週期大小，對防波堤反射率、透過濾、孔隙率、安定性及防止地基掏空能力有何影響。二、模型縮尺由於消波塊必須實際應用至海岸邊，故我們的實驗的第一步就是計算模型縮尺；我們到海洋大學查到實際岸邊海浪及消波塊的條件，再考慮符合我們能力的條件，找出當模型縮尺為 1/50時，適合我們的能力範圍。消波塊的長度方面，我們找到協克塊、安卡塊、天允塊實際長寬的資料；而消波塊重量，會視擺放處地理環境而定，我們採用較常使用的「15 噸重/個」。波浪方面，波高會因季節及地點有不同數值，我們採用台灣東北角平均值 1m；至於海浪的週期以北台灣而言，約在 3~9 秒（不考慮颱風時段），我們採 7 秒作為長週期波、3.53 秒作為短週期波。以下是消波塊與波浪經過換算後，所產生的值：（p 代表實際值；m 代表模型值）（一）消波塊部分長度→ Lp ×1/50＝Lm 實際邊長×1/50＝模型邊長 重量→ Wp ×1/50^3＝Wm（二）波浪部分 波高→ Lp ×1/50＝Lm 1m x1/50=2cm週期→ T p×50＝Tm長週期波→ 7sec.×1/50≒ 1sec.短週期波→ 3.53sec.× 1/50≒ 0.5sec.三、消波塊照片※以下是我們在網路上找到的一些實際消波塊照片及其作用：▲南濱海岸消波用消波塊。 ▲田園中，用來防止小偷入侵的消波塊。▲在南濱海邊，有著冒著生命危險去攀越這些消波塊，真令人替他們捏一把冷汗，要是一個瘋狗浪來了，該怎麼躲？▲位在花東海岸，原先為了保護海灘而丟的消波塊，卻攔截東北季風帶來的大量海沙，變成堆積海岸，增加了許多「消波塊海埔新生地」。（圖中凸起的東西便是消波塊）

日本Fujiwhara（1921，1923）通過實驗和觀測，發現兩個距離很近的氣旋性渦旋會受到對方的影響，互相沿著兩者中心所形成的軸線心，呈逆時針方向互相旋轉移動，而兩個渦旋會有彼此接近及合併的趨勢，因此命名為藤原效應。藤原效應時常應用在解釋大氣中的雙颱風現象以及預測其走向，在2010西太平洋海域在相近時間產生了三個颱風：南修、萊羅克以及康柏斯，三颱詭異的路徑及消長使氣象局在預測上出現了很多誤差。而本文應用氣壓圖、路徑圖推測藤原效應影響的時間，並運用其數據去分析藤原效應在三颱間的影響、互動。

在地球科學課中，我們知道地震的主要原因，常是由於地下岩層發生斷層因而釋出巨大能量，波及周圍岩層而引起震動，就像一條鋼片被撓屈以致折斷，鋼片彈回而反覆顫動，以致地面震撼，對地上物造成破壞。而台灣地處環太平洋地震帶，地震發生的機率極高，但是發生都是一剎那間的，我們無法觀得其震動的情形，所以我們設計了以下實驗。

河階(river terrace) 乃河流沿岸發育的階狀地形，當河流重新向下切割時，舊河床在現今河床之上形成一階面時，河階逐告形成，臺灣屢經地殼變動，侵蝕基準面屢次下降，各河流兩岸的河階地形十分發達，為最常見的河川地形之一，河階上方平坦，每為農田及聚落分佈之處，尤以臺灣各河流中，上游兩岸最為顯著，在人與地的關係中，有其特殊的重要性。大漢溪流至大溪鎮附近所造成的河階地形乃為臺灣最標準的河階之一，大溪河階群分佈以大溪為中心，上至石門峽谷，下至鶯歌、三峽。河階如此發達與臺北盆地的陷落，河流之襲奪、流路之轉栘等有密切的關係。大溪河階群可分為高位河階（ LT 面）及低位河階（ FT 面）兩種，兩者的區別在於高位河階的士壤有紅化現象，而低位則無。由於大溪附近的高位階面屬於桃園臺地面（ LT5）之一部，如三層、龍潭、八塊等階地皆是，係切割古石門舊沖積扇原面者，其形成和臺北盆地之陷落導致大漢溪基準面下降重新往下切割無關，故本文之研究乃限於低位河階（ FT 面）各階。天氣睛期由石門大壩往下游遠眺，可見兩岸的河階面寬而長，概略相對稱，其上農田，聚落密佈，構成饒富趣味的地景，這些河階的地形特徵如何？實為值得探究的問題。

本研究根據前人對關西隕石坑的研究，初步以尋找隕石坑的確切位置出發。透過實地調查並比較地層結構、研究岩石的成分及製作薄片標本，探討關西隕石坑的諸項性質。從一連串的研究結果發現，當初疑似Suevite的岩石事實上與四寮石十分相近，因此無法當作關西的隕石坑存在的證明，必須尋找其他相關證據以便確認。然而，這些類似Suevite的岩石，或稱四寮石，僅出現在四寮一事，仍顯是關西地質的獨特性。本研究對此類岩石的成分進行初步的研究與探討，並推論出其可能的成因，讓我們對四寮石為何會出現在此地有更深入的了解。

民國九十六年及九十七年颱風期間在高、屏地區產生多處土石流，成為重大地方新聞，引起我們探討土石流的興趣。本研究探討各地區土石流堆積物中砂土與礫石的重量比例(土石比)，及不同土石比的土石開始流動的坡度(起動坡度)與含水量的關係。分析出樣品土石比後，再依土石比範圍選定三種比例做起動坡度與含水量的關係實驗。研究結果發現，土石比與該地區岩石性質及產生大量疏鬆土石的山崩情形有關。土石起動坡度與含水量的關係密切；各種土石比的土石起動坡度皆隨含水量的增加而遞減。但礫石含量較高的土石，在較低含水量時即可開始流動，而且起動坡度隨含水量遞減的程度較低，因此關係曲線的傾斜程度較低。

本研究分析2003 至2006 年全球震矩規模大於等於6.5 之地震資料，並排除電離層垂直全電子含量(TEC)較低的高緯度地震與受太陽活動影響的地震資料，總計分析地震資料73 筆，探討震前TEC 的變化。經分析獲得的結論為：82%的地震事件，在發生前七天至少有一天TEC出現異常現象，顯示地震在發生前的確會影響TEC。岩層因不同的受力形式所引發的不同類型斷層活動，都同樣造成TEC 的震前異常。地震震源位置不論是位於陸地或海底岩層，都同樣引起TEC 震前異常，顯示TEC 震前異常不受海水阻隔影響。震源深度不同的地震，雖然岩層的物理或化學性質不同，但只要岩石發生斷裂錯動，都同樣引起TEC 震前異常。此外地震發生前TEC 異常的時間分布，越接近地震發生日，出現異常的次數愈多。